尹顺良，　聂春贵，　朱勤仪

(中国北方车辆研究所，北京 100072)



某轮式车辆中央驻车制动机构的改进设计

尹顺良，聂春贵，朱勤仪

(中国北方车辆研究所，北京 100072)

通过分析某型4×4轮式车辆中央驻车制动方案的台架试验数据，发现中央驻车操纵杆系的较小的行程变化，就会产生较大的操纵力矩的变化，使得驾驶员操纵费力.因此，在原方案的基础上，采用制动气室及其相关的操纵机构, 代替了手刹操纵杆.样车驻车试验结果表明，该中央驻车机构方案，在满足驻车指标要求的同时，能够保证操纵拉力始终在需要的数值范围内，驾驶员操作简便省力.

轮式车辆；驻车制动；中央驻车

因液压驱动的盘式制动器相对于鼓式制动器有众多的优点，所以目前在吨位小的乘用车上得到了广泛应用[1]，其驻车制动功能通常集成在行车制动器上，主要有盘中鼓和综合式卡钳2种方案[2].但是对于吨位较大的轮式车辆，其驻车制动力矩要求很大，驻车制动功能集成在行车制动器上的方式很难实现.目前，国外的轮式车辆，如美国GPV系列4×4～10×10(16t～37t)、瑞士“食人鱼”Ⅱ型系列4×4～8×8(8t～14t)、“潘德”Ⅱ(15～20t)等车辆都采用了中央驻车制动结构.

某型4×4轮式车辆，采用中央驻车制动机构，用一个安装在后桥输入端的鼓式制动器提供制动力矩，依靠双向増力鼓式制动器的高制动效能实现较小体积占用.本研究通过分析该型4×4轮式车辆中央驻车制动机构的原型方案，发现中央驻车操纵杆系的刚性对驻车效果有直接的影响，在此基础上给出了改进驻车方案[3]，经样车驻车试验验证了该方案的可行性.

1　中央驻车制动机构的原型设计方案

原型设计方案为手刹杆操纵中央鼓式制动器的驻车方案(图1).手刹杆和齿板为内齿的棘轮棘爪机构，将手的操纵力输入到转换臂，通过摇臂实现拉力和行程的变换，最终操纵鼓式制动器的拉臂.为了方便在车上布置，将鼓式制动器安装在后桥输入端，拉臂转动离开初始位置即实现驻车制动.该方案不需要气压或液压能源，完全依靠驾驶员的人力来操纵，可以应用于应急制动.

图1　驻车制动机构的原型设计方案图

针对该设计方案，进行了多轮的样车驻车试验，发现：上坡驻车和下坡驻车相比，车辆能在更大的坡度上停驻，并且上坡驻车的解除拉力明显比驻车操纵力大很多，而下坡驻车的解除操纵力明显比驻车操纵力小很多.这样的试验效果，使得驾驶感受较差.针对这种情况，进行了台架试验(图2).

图2　试验现场图

在鼓式制动器调整好制动间隙后，将制动器和手刹杆按照车上的安装方式进行安装.以外力驱动转臂的转动来模拟驻车时的下滑力，在鼓式制动器和转臂之间安装扭矩传感器，用于直接测量制动力矩的大小；在操纵拉杆中间连接拉力传感器以测试操纵力的大小.以不同的拉力操纵手刹杆，外力驱动转臂使制动鼓正向旋转(转臂向上转动)和制动鼓反向旋转(转臂向下转动)或有转动趋势时，记录在此过程中的拉杆拉力、制动力矩数值，经拟合分别得到制动鼓正向旋转时的制动力矩(如图3(a)中曲线a、b、c、d、e)和制动鼓反向旋转时的制动力矩和拉力关系(如图3(b)曲线f、g、h).其中，图3(a)的曲线b、c相对曲线a，手刹杆的棘齿落在了齿板的前一个齿槽(拉杆偏紧方向)；曲线d、e相对曲线b、c，手刹杆的棘齿也落在了齿板的前一个齿槽；图3(b)的曲线h相对曲线f，手刹杆的棘齿落在了齿板的前一个齿槽(拉杆偏紧方向)，并且从A点到B点和C点到D点，都经过了一次人工增加操纵力的过程.

外力使制动鼓正向旋转时，从图3(a)中可以看出：

1)制动力矩在700 N·m左右开始，制动力矩随着拉杆拉力急剧上升，同时，拉杆拉力也在大幅增长.拉杆拉力的增加，造成了驾驶员解除驻车操纵力的增大，造成了驾驶员操纵的困难；

图3　制动鼓旋转时制动力矩和拉力的关系曲线

2)曲线b、c和曲线a相比，其主要区别在于手刹杆的棘齿和齿槽的接触位置不同(落在了偏紧方向的一个齿槽)，但是其制动力矩和拉杆拉力都大为增加.

3)曲线b与c相比较，手刹杆的棘齿落在了齿板的同一个齿槽内，制动力矩和拉力的曲线也很相近.

外力使制动鼓反向旋转时，从图3(b)中可以看出：

1)制动力矩在上升过程中，拉杆拉力同步有较大的减少，即使经过了二次人工增加操纵杆的拉力，仍然保持了这种趋势.拉杆拉力的减少，造成了驾驶员解除驻车操纵力明显比起始操纵力减小.

2)曲线f与g相比较，手刹杆的棘齿落在了齿板的同一个齿槽内，制动力矩和拉力的曲线也很相近.

综合图3(a)和图3(b)可见，制动鼓正向旋转和反向旋转对制动器力矩和拉杆拉力的影响很大.在相同的操纵拉力的情况下，正向的驻车制动力矩比反向驻车的制动力矩大；正向旋转时，随着制动鼓的转动或有转动的趋势，中间杆系越拉越紧，拉力相对起始的操纵拉力明显增加；手刹杆棘齿落在不同的齿槽内，直接影响了中间杆系的行程，最终也影响了拉力的增长趋势.制动鼓反向旋转，随着制动鼓的转动或有转动的趋势，中间杆系有放松的趋势，拉杆拉力都相对起始的操纵拉力明显减小.

分析出现这些的原因，制动鼓正向旋转和反向旋转，或者手刹杆棘齿落在齿板齿槽的位置不同，都会使杆系的行程存在变化，而该方案中的操纵杆系的刚性很大，由此造成杠系行程的不同，会产生很大的拉力变化，最终造成制动力矩的变化.

2　中央驻车制动机构的改进方案

在操纵杆系引入一段弹簧，合理利用弹簧的工作区间，行成了中央驻车制动机构的改进方案，如图4所示.相对于原驻车制动设计方案，这种方案主要变化是操纵方式采用驻车气室取代了手刹杆.其以手动控制阀控制驻车气室的进气和排气；在进气的情况下驻车气室拉杆伸出，实现解除驻车制动；在气室排气的情况下，气室内的储能弹簧拉紧拉杆，实现驻车制动.

图4　手刹杆+鼓式制动器中央驻车方案[3]

考虑到驻车制动器从完全放松到完全抱死，拉杆需要的运动行程约为35 mm，并且考虑鼓式制动器间隙调整的不同，可能造成的运动行程的不同，设计了驻车气室的特性曲线(图5).实际台架测试结果表明，驻车气室在工作行程内，始终能保证拉杆操纵力在5 400 N到6 000 N之间，满足驻车制动力矩大小的要求.

图5　驻车气室的拉力和拉杆行程关系曲线

该方案可以提供较大的操纵拉力，适合于车辆吨位相对较大的车辆.相对于原型设计方案，在样车上安装时，结构上减少了一根中间拉杆，其空间布置更为简单，总重量也有减轻；通过操纵手动控制阀来实现驻车及其解除，驾驶员操作简便.应用该改进方案的轮式车辆，通过了多次的样车考核试验，满足整车60%的驻车指标要求.

3　结　论

对于总质量较大的轮式车辆，一般采用中央驻车制动方案.手刹杆操纵的中央驻车操纵杆系的刚性对驻车效果有直接的影响，刚性过大，会使得较小的行程变化，产生较大的操纵力的变化，使得驾驶员操纵困难.而采用机械弹簧操纵的中央驻车制动机构，可以保证弹簧在工作行程内，操纵拉力始终在需要的数值范围内.

[1]费敬媛. 盘式制动器在轿车后轮上的应用[J]. 汽车工程师，2012，(5):52-53，63.

[2]应卓凡. 综合驻车式卡钳驻车制动系统校核计算[J].汽车工程师，2014，(6):31-36.

[3]尹顺良,邵春鸣,朱勤仪,等，一种轮式车辆中央驻车制动机构：中国，201610494998.4[P]. 2016-06-29.

Improved Design on Parking Braking Mechanism of aCertain Wheeled Vehicle

YIN Shun-liang，NIE Chun-gui，ZHU Qian-yi

(China North Vehicle Research Institute，Beijing 100072，China)

By analysing the central parking brake bench test data of a certain 4×4 wheeled vehicle，it is found that a little difference in the trarel distance would course large deflection in the handle torque，which introduced extra difficuty for the driver to control the vehicle.In this paper the design was improved by using a brake chamber instead of the mechanical handle bar. Parking braking test of the vehicle showed that the improved design could well satisfy the required brake target and ensure the handle strength in the proper scope and the driver can control the vehivle more easliy.

wheeled vehicle；parking brake；central parking brake

1009-4687(2016)03-0052-03

2016-06-23.

尹顺良(1978-),男,高级工程师，研究方向为轮式车辆制动系统设计.

U463.52+2

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